CN109916785A - 一种平面电感式磨粒监测装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平面电感式磨粒监测装置及其制作方法，包括传感装置、动力单元、观察单元、激励‑检测单元以及数据处理单元；传感装置、动力单元、观察单元、激励‑检测单元以及数据处理单元实现电连接；使用时，动力单元将带有磨粒的油液注入传感装置，激励‑检测单元对平面电感线圈施加交流电激励，并检测平面电感线圈测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元，数据处理单元对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。本发明装置通过将平面电感线圈的紧贴环状硅钢片的方式，使得平面电感线圈更加灵敏的检测到金属磨粒，提高了检测精度，可以对液压系统进行准确的监测，及时更换油液，预防故障发生，对机器设备进行故障诊断。

Description

一种平面电感式磨粒监测装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及设备油液系统故障检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种平面电感式磨粒监测装置及其制作方法。

背景技术

液压系统故障是由于液压油的污染造成的。当设备正常工作时，油液中的磨粒浓度稳定在较低的水平，并且磨粒的粒径较小；当设备发生异常磨损时，油液中磨粒的浓度会显著增加，如不及时更换液压油，当磨粒的粒径和浓度达到一定程度时便会导致设备无法正常工作。磨粒含有丰富的摩擦学信息，包括磨粒成分、形状、尺寸、数量等，这些信息对于判断设备的磨损部位、磨损类型、磨损过程以及磨损程度都具有十分重要的作用。对系统中的磨损物质的区分和检测，不仅可以诊断出系统的故障部位，并且能够对机械设备进行寿命预测，这对于基于信息融合的现代故障诊断与预报理论来说具有重要价值。但是现有的电感式磨粒监测装置的检测精度有限，如何提高其检测精度，保证更高精度的磨粒监测一直是一个研究热点。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种平面电感式磨粒监测装置，相比现有的电感磨粒监测装置，本发明具有更高的检测精度，可以检测到尺寸为30微米的铁颗粒和尺寸为100微米的铜颗粒。

本发明采用的技术手段如下：

一种平面电感式磨粒监测装置，包括传感装置、动力单元、观察单元、激励-检测单元以及数据处理单元；所述传感装置、动力单元、观察单元、激励-检测单元以及数据处理单元实现电连接；

使用时，所述动力单元将带有磨粒的油液注入传感装置，所述激励-检测单元对平面电感线圈施加交流电激励，并检测平面电感线圈测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元，数据处理单元对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。

进一步地，所述传感装置主要由锥形流道入口、流道、传感单元、基底、模型材料和流道出口组成；所述传感装置通过模型材料固定在基底上，所述流道一端设置有锥形流道入口，另一端设置有流道出口，所述流道垂直通过传感单元的中心孔。

进一步地，所述传感单元主要由平面电感线圈、上环状硅钢片、下环状硅钢片组成，所述上环状硅钢片和下环状硅钢片的中间设置有平面电感线圈，平面电感线圈的上、下端面分别与上环状硅钢片、下环状硅钢片紧密贴合，所述流道从平面电感线圈和两个环状硅钢片的中心孔垂直穿过。

进一步地，所述平面电感线圈由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，所述流道直径为300-2000微米。

进一步地，所述两个环状硅钢片的内径、外径尺寸与平面电感线圈保持一致，环状硅钢片也可由其他导电软磁性物质代替。

进一步地，所述动力单元为可将油液定速注入流道的微量注射泵。

进一步地，所述观察单元主要由显微镜和显示面板组成。

本发明还提供了一种平面电感式磨粒监测装置的制作方法，包括如下步骤：

S1：将两个同等尺寸的环状硅钢片紧密粘贴在平面电感线圈的上、下端面，并将流道模具垂直通过环状硅钢片和平面电感线圈的中心孔，并与锥形流道入口模具一同按既定的位置固定在基底上；将平面电感线圈的两个引线端分别与绝缘导线焊接，形成模具基底；

S2：向上述模具基底灌注模型材料，将其放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S3：将流道模具从加热固化好的模型材料中抽出，形成流道；用打孔器在流道另一端打孔制作流道出口；

S4：通过绝缘导线将平面电感线圈和环状硅钢片的引线端与激励-检测单元连接，给平面电感线圈施加交流电激励，对电感信号进行检测，并通过模数转换器将其电感信号数据传递给数据处理单元，分析得出通过检测装置的磨粒信息。

进一步地，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的多平面电感式磨粒监测装置，通过在平面电感线圈的上、下端面紧贴两个环状硅钢片，可以显著提升检测精度，使得平面电感线圈可以更加灵敏的检测到通过检测装置的金属磨粒。

2、本发明的多平面电感式磨粒监测装置，有效的检测到了尺寸为30微米的铁颗粒和尺寸为100微米的铜颗粒。

基于上述理由本发明可在油液系统故障检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明检测装置结构图。

图2为本发明传感单元结构图。

图3为本发明检测装置及其传感单元的系统图。

图4是本发明实现的对30-40微米铁颗粒的电感检测信号图。

图5是本发明实现的对100-110微米铜颗粒的电阻检测信号图。

图中：1、锥形流道入口；2、流道；3、传感单元；4、流道出口；5、模型材料；6、基底；7、平面电感线圈；8、上环状硅钢片；9、下环状硅钢片10、观察单元；11、动力单元；12、激励-检测单元；13、数据处理单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

本发明提供了一种平面电感式磨粒监测装置，包括传感装置、动力单元11、观察单元10、激励-检测单元12以及数据处理单元13；传感装置、动力单元11、观察单元10、激励-检测单元12以及数据处理单元13实现电连接；激励-检测单元12可以给平面电感线圈7以高频交流电激励，并检测其电感变化；动力单元11为微量注射泵，可将油样匀速的注入流道；观察单元主要由显微镜和显示面板组成，可实时观测检测单元的状况。

使用时，动力单元11将带有磨粒的油液注入传感装置，激励-检测单元12对平面电感线圈7施加交流电激励，并检测平面电感线圈7测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元13，数据处理单元13对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。

作为本发明优选的实施方式，如图1所示，传感装置主要由锥形流道入口1、流道2、传感单元3、基底6、模型材料5和流道出口4组成。传感装置通过模型材料5固定在基底6上，流道2一端设置有锥形流道入口1，另一端设置有流道出口4，流道2垂直通过传感单元3的中心孔；流道2的直径为300-2000微米；如图2所示，传感单元3主要由平面电感线圈7、上环状硅钢片8、下环状硅钢片9组成，上环状硅钢片8和下环状硅钢片9的中间设置有平面电感线圈7，平面电感线圈7的上、下端面分别与上环状硅钢片8、下环状硅钢片9紧密贴合，流道2从平面电感线圈7和上环状硅钢片8、下环状硅钢片9的中心孔垂直穿过。

作为本发明优选的实施方式，平面电感线圈7由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，流道2直径为300-2000微米。上环状硅钢片8和下环状硅钢片9的内径、外径尺寸与平面电感线圈7保持一致，环状硅钢片也可由其他导电软磁性物质代替。

如图3所示，动力单元11将带有磨粒的油液从锥形流道入口1定速注入流道2，经过传感单元3，激励-检测单元12给平面电感线圈7施加交流电激励，并检测平面电感线圈7所测得的电感信号，将其测得的电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元13，数据处理单元13依靠数据处理程序对所得数据进行处理分析，获取磨粒的成分、形状、尺寸、数量等信息，检测期间，可以通过观察单元10实时观测磨粒流经检测区域的状况，最后油液由流道出口4流出。

作为本发明优选的实施方式，激励-检测单元12给平面电感线圈7施加以电压为1-2V，频率为0.1-4.0MHz的高频交流电。此时，平面电感线圈7的中心孔处会产生交变磁场，且由上环状硅钢片8和下环状硅钢片9产生的磁化磁场使得检测区域具有更强的磁场。当铁磁性颗粒经过传感单元3时，由于磁化作用将产生正向的电感信号脉冲，当非铁磁性颗粒经过传感单元3时，由于涡流作用将产生负向的电感信号脉冲，从而实现对油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒的区分检测。如图4所示，本发明装置实现的对30-40微米铁颗粒的电感检测信号图。如图5所示，本发明装置实现的对100-110微米铜颗粒的电感检测信号图。

本发明装置在平面电感线圈7的上、下端面紧贴两个环状硅钢片，流道从平面电感线圈7的中心孔垂直通过。在向平面电感线圈7施加激励后，平面电感线圈7周围会产生一个原有的交变磁场，该交变磁场会磁化粘贴在平面电感线圈7上、下端面的环状硅钢片，使其产生一个对原有磁场具有增强性的磁化磁场，从而使得平面电感线圈7可以更加灵敏的检测到通过检测区域的金属磨粒。

本发明还提供了一种平面电感式磨粒监测装置的制作方法，包括如下步骤：

S1：将两个同等尺寸的环状硅钢片紧密粘贴在平面电感线圈的上、下端面，并将流道模具垂直通过环状硅钢片和平面电感线圈的中心孔，并与锥形流道入口模具一同按既定的位置固定在基底上；将平面电感线圈的两个引线端分别与绝缘导线焊接，形成模具基底；

S2：向上述模具基底灌注模型材料，将其放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S3：将流道模具从加热固化好的模型材料中抽出，形成流道；用打孔器在流道另一端打孔制作流道出口；

S4：通过绝缘导线将平面电感线圈和环状硅钢片的引线端与激励-检测单元连接，给平面电感线圈施加交流电激励，对电感信号进行检测，并通过模数转换器将其电感信号数据传递给数据处理单元，分析得出通过检测装置的磨粒信息。

作为本发明优选的实施方式，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，包括传感装置、动力单元、观察单元、激励-检测单元以及数据处理单元；所述传感装置、动力单元、观察单元、激励-检测单元以及数据处理单元实现电连接；

使用时，所述动力单元将带有磨粒的油液注入传感装置，所述激励-检测单元对平面电感线圈施加交流电激励，并检测平面电感线圈测得的电感信号，将其电感信号经由模数转换器传送至数据处理单元，数据处理单元对上述电感信号数据进行处理分析，获取磨粒的信息。

2.根据权利要求1所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述传感装置主要由锥形流道入口、流道、传感单元、基底、模型材料和流道出口组成；所述传感装置通过模型材料固定在基底上，所述流道一端设置有锥形流道入口，另一端设置有流道出口，所述流道垂直通过传感单元的中心孔。

3.根据权利要求2所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述传感单元主要由平面电感线圈、上环状硅钢片、下环状硅钢片组成，所述上环状硅钢片和下环状硅钢片的中间设置有平面电感线圈，平面电感线圈的上、下端面分别与上环状硅钢片、下环状硅钢片紧密贴合，所述流道从平面电感线圈和两个环状硅钢片的中心孔垂直穿过。

4.根据权利要求3所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述平面电感线圈由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，线圈内径为300-2000微米，漆包线线径为50-200微米，匝数为20-600匝，内孔直径为300-2000微米，所述流道直径为300-2000微米。

5.根据权利要求3所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述上环状硅钢片和下环状硅钢片的内径、外径尺寸与平面电感线圈保持一致，环状硅钢片也可由其他导电软磁性物质代替。

6.根据权利要求1所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述动力单元为可将油液定速注入流道的微量注射泵。

7.根据权利要求1所述的平面电感式磨粒监测装置，其特征在于，所述观察单元主要由显微镜和显示面板组成。

8.一种平面电感式磨粒监测装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将两个同等尺寸的环状硅钢片紧密粘贴在平面电感线圈的上、下端面，并将流道模具垂直通过环状硅钢片和平面电感线圈的中心孔，并与锥形流道入口模具一同按既定的位置固定在基底上；将平面电感线圈的两个引线端分别与绝缘导线焊接，形成模具基底；

S2：向上述模具基底灌注模型材料，将其放置在烘箱中用80℃的温度烘烤1小时，使模型材料固化；

S3：将流道模具从加热固化好的模型材料中抽出，形成流道；用打孔器在流道另一端打孔制作流道出口；

S4：通过绝缘导线将平面电感线圈和环状硅钢片的引线端与激励-检测单元连接，给平面电感线圈施加交流电激励，对电感信号进行检测，并通过模数转换器将其电感信号数据传递给数据处理单元，分析得出通过检测装置的磨粒信息。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述模型材料为聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。